用於發動機的功率增大系統以及加溼空氣的方法

2023-10-06 12:49:39 1

專利名稱：用於發動機的功率增大系統以及加溼空氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種液體噴射系統、包含噴射系統的功率增大系統以及更有效地加溼 空氣且提高發動機輸出量的方法。該噴射系統和功率增大系統可用於提高發動機的輸出。
背景技術：
燃氣渦輪發動機包括用於將加壓空氣提供給燃燒器的壓縮機。空氣在燃燒器中與 燃料混合併且被點燃，從而產生熱的燃燒氣體。這些氣體流到渦輪機部分上，在該渦輪機部 分處能量被提取以便給壓縮機提供動力，並且提供有用功，例如給飛行器提供動力。渦輪機輸出的降低與環境空氣溫度的增加成比例。然而，由於環境空氣溫度的升 高，例如，由於較高的空氣調節負載，通常要求產生更大的功率。因此，希望在功率需求增大 的期間能通過輔助系統產生附加功率。一種用於提高功率輸入的輔助系統具有噴嘴，該噴嘴朝壓縮機的入口管或壓縮機 喇叭口噴射通常為水的小液滴。這些系統試圖在空氣進入燃氣渦輪機時在新的較低的溫度 下加溼空氣。較低的空氣溫度對應於較高的空氣密度，並因此對應於導致較高的渦輪機軸 輸出的質量流量。必須被加入空氣中以便充分降低溫度的液體的量由燃氣渦輪機的空氣流 速、環境溫度和溼度條件確定。液體噴射系統是一種用於產生較大功率的比較便宜且「技術含量較低」的方法。然 而，液體在壓縮機中可能會損壞壓縮機葉片。例如，金屬表面與液滴的撞擊可能會導致金屬 表面中的微裂紋發展，並且可能導致表面蝕損。為了避免液體撞擊葉片，噴霧應該在撞擊葉 片之前就在壓縮機中基本蒸發。這種蒸發同樣也對吸入的空氣進行了加溼，而這正如前面 所述，正是降低空氣溫度和密度所需要的。為了提高液滴在撞擊葉片之前蒸發的可能性，必 須產生小直徑的液滴。小直徑通常為小於大約40微米。具有這樣的小直徑的噴射液體通 常稱為被「霧化」，產生許多小直徑液滴的系統通常稱為發霧系統。可以使用一些方法來製造這種小尺寸的液滴。通常，最簡單的方法是通常在大約 3000psi下由滑動裝置/制動器(skid)提供高壓液體，以便直接將液滴霧化。其它方法可 包括將液體穿過衝擊波或穿過超聲波霧化器。高壓液體產生平均尺寸為大約10微米至大 約20微米的數量級的液滴，但是，也可產生較大的液滴，即，大於20微米且高達大約40微 米的液滴。使用前面所述的製造液滴的方法可能會有一些問題。特別地，要求滑動裝置在 3000psi下傳送高度加壓的液體可能會在滑動裝置上施加應力。此外，由於要求噴嘴噴射高 度加壓的液體，因此它們具有較小的工作區域。為了嘗試解決此問題，現有的噴嘴陣列可具有多個級(stage)。該陣列的每個載 液管可具有多個用於噴射液態霧的噴嘴。多個管集成(manifolded)在一起，或互相連通以 便形成一級。一級僅指連接到單個液體源上的可獨立控制的多個噴嘴。General Electric SPRITS 系統，即常規系統，包括五級。在該系統中，當啟動級一時，液體流到集成在一起的 管中，以便形成級一，並且僅從這些噴嘴中噴射液體。然後，可以在關閉或不關閉級一時啟動其它級。常規系統通常會遇到局部過飽和和加溼不足的問題。這些問題是由於和所需的水流速相比啟動了過多的噴嘴而造成的。常規陣列設計為使得空氣/水比率僅關於管道的總 的橫截面面積或空氣的流動面積相平衡。此外，大多數常規系統在恆定壓力下運行每個級，該壓力是由再循環系統設定的。 子部分中的所有噴嘴僅以最大流速流動。例如，在一半流量下，大約一半的管流動而不是所 有的管以半流量而流動。因此，空氣的子部分可變得飽和，這表示任何附加的水都沒有蒸發 並且自由地接觸葉片。此外，較大的，即40微米的液滴與較小的液滴相抵消，即加溼了空 氣。未蒸發的較大的液滴可在壓縮機中凝結形成多個液體條帶，這可能會導致更大的損壞。 此外，由於這種設計產生了過飽和區域，因此還產生了空氣非常乾燥的區域。常規系統的噴 嘴並未設置成允許過飽和區域與靠近噴嘴陣列的乾燥區域混合，因此，其不具有足夠的時 間在靠近葉片之前蒸發。

發明內容
本發明為一種裝置，例如噴嘴陣列，其用於在空氣進入發動機之前更加有效和充 分地將噴射液體傳送到空氣中，以及一種用於包括該裝置的用於發動機的功率增大系統。 所述噴射液體降低了空氣的溫度，這就增加了空氣的密度。密度更大的空氣給發動機提供 了更大的功率。噴嘴陣列的這種結構實現了空氣與靠近空氣噴射點的水及通過整個水噴射 區域的水的更加均勻的混合。這樣，就使可利用的蒸發時間最大化。在靠近陣列的「混合區 域」中形成的混合越好，下遊的混合就越均勻，並且空氣在靠近渦輪機之前基本蒸發的可能 性就越大。在一種實施例中，本發明為一種功率增大系統。所述系統包括具有至少一個空氣 進口的通道。所述通道構造成允許空氣流過所述通道。渦輪機設置在所述空氣進口的下遊。 噴嘴陣列設置在所述空氣進口的下遊以及所述渦輪機的上遊。噴嘴陣列包括多個級，並且 限定了空氣通過噴嘴陣列朝渦輪機運動時所通過的通道的橫截面的多個子部分。每個級包 括構造成通過噴射液體來加溼運動通過所述子部分的空氣的多個噴嘴。每個級構造成噴射 不同量的液體，並且所述級構造成以任意的液體噴射量大致均勻地加溼流過各個子部分的 空氣。在另一種實施例中，本發明為一種加溼空氣以用於提高發動機輸出量的方法。所 述方法包括提供具有至少一個空氣進口和空氣通過其流動的總體橫截面區域的空氣通 道；提供多級噴嘴，每個級包括構造為將液體噴射到空氣中的多個噴嘴，每個級具有水流工 作範圍；將所述通道的橫截面區域分成多個子部分，每個子部分的面積小於總體橫截面面 積；在空氣進口與噴嘴各級的下遊設置發動機；確定在第一時刻的空氣的溫度和溼度；確 定提高發動機輸出量所需的溼度的量；以及經由噴嘴向各個子部分提供第一數量的液體， 其特徵在於，所述第一液體量為在整個水流工作範圍內、以提高發動機輸出所需的所述量 大致均勻地加溼流過所述子部分的空氣所需的液體量。在另一實施例中，本發明為一種加溼空氣的方法。所述方法包括提供具有至少一 個空氣進口和空氣通過其流動的總體橫截面區域的空氣通道，將所述通道的橫截面區域分 成多個子部分，每個子部分的面積小於總體橫截面的面積，提供靠近各個子部分的多個噴嘴，所述噴嘴構造成將液體噴射到空氣中，在整個水流工作範圍內給各個子部分提供大致 均勻地加溼流過各個特定子部分的空氣所需的液體量。


為了說明，附圖示出現有優選的實施方式。然而，應該理解的是，本發明並不限於 附圖所示的精確的布置和方法。圖1為供電服務站(power station service)中所使用的用於增大給渦輪發動機 的功率的系統的側視平面圖。圖2A為用於增大渦輪發動機的功率的常規噴嘴陣列的平面圖。
圖2B為圖2A所示的常規陣列中的至少兩個不同的典型級的側視平面圖，為清晰 起見進行了簡化。圖3為本發明的相對於消音器設置的噴嘴陣列的一種實施例的立體圖。圖4A為圖3所示噴嘴陣列的一個單元的立體圖。圖4B為圖4A所示單元的後視平面圖。圖4C為圖4A所示單元的底部平面圖。圖5為圖3所示噴嘴陣列的一部分的平面圖。圖6為坐標圖，示出用於常規陣列和本發明陣列的一種實施例的飽和分數與流量 分數之間的關係。
具體實施例方式現在參考附圖，其中，相同的附圖標記表示相同的元件，示出了用於在空氣進入發 動機之前更加有效和充分地將液體傳送到空氣中的裝置，例如噴嘴陣列的不同視圖。還示 出包括該裝置的用於發動機的功率增大系統。本發明的實施例的各個方面可與幾乎任何類 型的發動機一起使用。適於與功率增大系統一起使用的一類發動機是燃氣渦輪發動機。圖1示出用於增大供給燃氣渦輪機的功率的系統10的一個實施例。結合供電服務 站來描述系統10，然而，系統10也可以用於其它環境中。該系統包括通道或管道12。管道 12包括上壁14和下壁16，以及至少一個彎曲部18。管道12還具有相對的側壁(圖1中未 示出)。管道12可具有幾乎任意的橫截面形狀，例如正方形、矩形、卵形、圓形等。管道12 具有統一的或不統一的橫截面區域。管道12還包括進口部20，其可包括百葉風口(weather louver)。在進口部20的下遊且管道12內可以有攔廢物篩24、空氣過濾器26和消音器28。 在消音器28下遊且管道12內是用於冷卻進口空氣40a的裝置30、100。這種裝置可以是噴 嘴陣列。用於冷卻進口空氣40a的裝置30、100下遊是諸如燃氣渦輪機的渦輪機或發動機 32。燃氣渦輪發動機在現有技術中是已知的，並且可包括帶葉片的轉子。具有壓縮機葉片 36的壓縮機34在軸的前端將空氣壓縮至高壓，例如，通常壓縮至其常壓的10至30倍。將 壓縮空氣傳送到燃燒器38。燃料(未示出)在燃燒器38中燃燒。熱的燃燒氣通過渦輪機 33膨脹，並且通過排氣管道(未示出)離開該設備。由於渦輪機的輸出功率大於壓縮機功 率需求，因此可在軸上得到多餘的功率。多餘的功率用於驅動諸如發電機、泵、壓縮機、推進 器等(未示出)的負載。
如圖1所示，具有第一溫度(通常為環境溫度)和第一溼度值的環境空氣40a流 入管道12的進口 20。隨後，環境空氣40a通過可選的攔廢物篩24、可選的空氣過濾器26 以及可選的消音器28。穿過百葉風口 22、攔廢物篩24、過濾器26以及消音器28的環境空 氣40a的流速通常在大約10米/秒至大約20米/秒的範圍內。然後，環境空氣40a穿過空氣冷卻裝置30、100或噴嘴陣列，在那裡其被從該裝置 噴出的液體冷卻和加溼。此時，空氣40a的至少一部分40b具有了第二溫度，該第二溫度低 於第一溫度。此外，空氣40a的至少一部分40b可具有第二溼度值，該第二溼度值大於空氣 40a的溼度。至少一部分空氣40b可由液體加溼。然後，被冷卻且加溼的空氣40b從區域B 運動並進入區域C，同時基本保持其速度。空氣40b進入發動機32的進口增壓部42。可將 進口增壓部42成形為喇叭口，以便允許空氣40b加速。在壓縮機34的進口面上，空氣速度 的典型的範圍是從大約0. 4馬赫至大約0. 6馬赫，更典型地，速度大約為聲速的一半或大約 為180m/s。對空氣進行加速以便獲得壓縮機所需的高速，從而完成壓縮工作。典型的空氣 壓縮比率範圍為從大約9 1至大約30 1。當在壓縮機內部時，由於壓縮而產生更高密 度，空氣的速度降低。然後，壓縮空氣(未示出)被傳送到燃燒器。當進入燃燒器室時，速 度通常小於100m/S，但是也可以根據需要提供其它速度值。用於在空氣到達壓縮機進口之前將通常為冷的液體提供給空氣 的裝置30、100通 常為噴嘴陣列。如圖1所示，噴嘴陣列30、100與至少一個液體進口管44連通。液體進口 管44經由可選的閥46與至少一個滑動裝置(未示出)連通。可將閥46構造成控制正在 被供給到裝置30、100的至少一個噴嘴的液體的流量或流速。 滑動裝置具有至少一個泵48。在一實施例中，也可以有兩個泵，每個泵都是變頻驅 動(VFD)泵，其速度由頻率控制且由頻率控制器設定合適的頻率。在另一實施例中，有多個 平行泵，例如，五個泵，每個泵都具有不同的流量容量。通過以不同的組合運行一個、兩個或 多個泵，可以較大地覆蓋泵容量範圍。可根據燃氣渦輪機的額定空氣流量來設定泵的最大容量。優選地，該泵提供比許 多現有的泵更低的壓力液體。特別地，它在小於大約3000psi，優選在大約2000psi下工作。 該泵可使用預填充系統。由於該泵在較低的壓力下工作，因此可更加可靠，並且由於該泵並 不對液體進行再循環，因此可以沒有返回泵的循環。這可降低進入泵的液體溫度，並且防止 碎屑再次進入泵。這同樣也使旋轉的密封件的磨損更小，並且提高了活塞密封件的壽命。泵48可經由信號供給器與控制泵或多個泵的速度/工作的至少一個控制單元或 控制器50連通。控制單元50可位於滑動裝置上。控制單元50可根據包括環境氣象條件、 渦輪機幾何尺寸、空氣運動的速度場和具體的渦輪機部件的規格在內的限定參數中的至少 一個利用預定的發動機循環分析來形成控制模式。泵48還與液體源52連通。液體源52優選位於滑動裝置上。優選地，液體源52 包括水源，然而，也可根據冷卻操作而使用其它液體。系統10還可包括通過信號連接到控制單元上的氣象監控單元(未示出)，在該氣 象監控單元處可測量影響燃氣渦輪機性能的環境條件並將其匯報給控制單元，其用於基於 發動機周期(engine-cycle-based)來安排確定合適的液體量以傳送進口空氣溼度的目標 值。環境條件包括可能影響燃氣渦輪機運行的環境因素，其包括但不限於溫度、溼度和空氣 壓力。可在預定的時刻確定環境溫度、溼度和空氣壓力。在一種實施例中，隨後優選連續地監控溫度、溼度和空氣壓力中的每一個。氣象監控單元(未具體示出)可包括幹球溫度計和 空氣溼度測量裝置。在其它實施例中，氣象監控單元可包括幹球溫度計和溼球溫度計。氣 象監控單元可包括其它部件和/或部件的組合以便監控和/或測量環境氣象條件。氣象信 息由控制單元進行處理，其中，控制單元給操作者傳送諸如允許的蒸發水量、結冰風險等的 關鍵的操作信息。此信息例如可以在顯示器(未示出)上呈現給操作者。然後，就可以確 定將發動機的輸出量增大期望數值所需的液體或溼度的確定數值。空氣冷卻裝置30、100或噴嘴陣列通常作為噴射器在環境空氣40a通過噴嘴陣列 30,100時將冷液體傳送至環境空氣40a中。「冷」是指液體在剛剛離開噴嘴之後的溫度低 於其所要冷卻的空氣的溫度。液體在空氣40b到達壓縮機的進口前對其進行冷卻。在其它 實施例中，液體可以是不冷的，而是可以與流過管道的空氣的溫度相同或比其更熱。當閥46開啟時，高壓液體從液體供應源52經由液體進口管44供給至噴嘴保持器 30、100。噴嘴構造成將水霧化成細小液滴噴霧。這種液滴的典型範圍為大約3微米至大約 50微米，更典型為大約3微米至大約 30微米。圖2A示出可用於例如圖1所示的系統中的常規噴嘴陣列30。這種陣列30可以是 通用電氣公司(General Electric)的SPRITS 系統。所示的常規噴嘴陣列30包括由豎直 延伸杆60支承的多個水平延伸管54。每個管54具有沿水平長度方向的多個噴嘴56。噴 嘴56構造成噴射直徑通常不大於50微米的水滴。噴嘴56為本領域通常所知的噴嘴，並且 可以由Parker Hannifin提供。如上所述，具有如此小的直徑的噴射液通常稱為「霧」，而制 造許多小直徑液滴的系統通常稱為發霧系統。常規系統30的目標是對從進口(參見圖1) 通過的空氣進行加溼，從而使空氣在進入發動機前變得更冷，而不會使空氣過飽和，從而液 體可以在接觸葉片及損壞發動機前蒸發。水平管54與多個液體供應管58連通，該多個液體供應管58與液體進口管44 (圖 1)連通。每個管58提供系統的一個級(stage)。管54限定了多個級。常規噴嘴陣列30 通常包括五級。SPRITS系統可包括五級；總共大約1456個噴嘴，每個噴嘴都在3000psi的 壓力下工作。通過將某些水平管相連或聯接而產生這些級。噴嘴56由恆定壓力源供給。因此，噴嘴56的噴射比例直接與在當前環境條件下 整個系統的加溼空氣所需的流速的分數(fraction)成比例。例如，在最大流量的一半時， 陣列中的一半噴嘴56被啟動或噴射液體。所有液體都可被噴入流過進口的空氣的子集 (subset)中。因此，已啟動的噴射管或那些級周圍的空氣通常是過飽和的。由於噴嘴的位 置以及分級布置，這些加溼的、飽和的或過飽和的區域不能與更乾燥的區域混合，從而向那 裡分配液體。因此，過飽和的局部區域就可以進入發動機而沒有液體蒸發，這損壞了發動 機。圖2B中示出常規陣列30的過飽和問題。圖2B中示出了兩種不同分級排列62、64 的簡化側視圖。排列62、64分別具有五個噴嘴56a-56e。在排列62中，噴嘴56a、56b、56d、 56e被啟動，S卩，將液體72噴入空氣40a中。噴嘴56c是未啟動的。相鄰的噴嘴56a、56b和 56d、56e同時啟動，即，在排列62被啟動時啟動。這導致了 56a、56b和56d、56e的緊下遊 的過飽和。來自噴嘴56b和56d的一部分噴射物72與噴嘴56c的緊下遊的「更乾燥的」空 氣40a混合。然而，由於相鄰噴嘴56a、56b、56d、56e同時噴射，並且由於空氣基本不運動， 因此，例如來自噴嘴56a的飽和或加溼的空氣試圖與來自噴嘴56b的飽和或加溼的空氣混合。類似地，來自噴嘴56e的噴射物72試圖與噴嘴56d的緊下遊的飽和或加溼的空氣40a 混合。這導致56a、56b和56d、56e緊下遊的過飽和。換言之，已啟動的噴嘴的緊下遊的飽 和或加溼的空氣不能與乾燥空氣容易地混合。結構64中也示出局部區域過飽和問題。這裡，噴嘴56a和56c的緊下遊的噴射物 72可與噴嘴56b緊下遊的乾燥空氣40a混合。然而，由於上述原因，相鄰的已啟動的噴嘴 56c-56e就產生局部過飽和區域。常規噴嘴陣列存在上述問題，部分原因在於它們試圖平衡管道的整個橫截面區域 上的整個空氣流的溼度。當空氣流動並且在管道內時，管道內的空氣基本覆蓋管道的整個 橫截面區域。常規陣列被設計成試圖以單個全局分級策略加溼管道的整個橫截面區域上的 空氣。換言之，它們使用跨越整個空氣流動流而展開的多個級來對空氣進行加溼。與之相 反，本發明的噴嘴陣列將整個橫截面陣列分成多個子分區。其被設計為在整個水流傳送範 圍內，獨立地、基本均衡地加溼流動的空氣流的每個子分區，而不是試圖使整個空氣流一次 性飽和或加溼。每個空氣子部分中的水分可以是相對乾燥或可基本飽和。圖3示出根據本發明的用於冷卻空氣的裝置100或系統的一種實施例。裝置100 通常是噴嘴陣列的形式。陣列的每個噴嘴構造成朝燃氣渦輪壓縮機(圖1)的進口噴射小液 滴(通常為水)。換言之，它可以是發霧系統。具體地，噴嘴可以是本領域通常已知的(例 如，來自ParkerHarmifin)並且如上所述的那些噴嘴。與常規陣列不同，本發明的陣列的噴 嘴可在小於大約2000psi下工作。已經發現，在此壓力下操作噴嘴與在大約3000psi下操 作噴嘴相比能使液滴尺寸分布降低得非常小，但是在系統上產生了更小的應力。圖3示出在消音器28的下遊並且連接到消音器上的噴射裝置。噴射裝置可定位 成靠近消音器並位於消音器下遊，這是因為消音器元件通常沿與豎直噴嘴陣列的平面垂直 的方向產生大部分的流動引起的混合。噴射裝置幾乎可設置在沿管道長度方向的任意位置 上，並且可以不聯接到消音器上。多個噴嘴組或級104-112b (圖4A-4C)沿豎直方向延伸。豎直，是表示噴嘴級與大 致水平的地平面基本垂直。然而，噴嘴級可水平地延伸，即，基本平行於地平面，與地平面 成對角線或成任何角度。此外，可將噴嘴級組成多個單元102，這些單元102被分成子單元 102a、102b，如下文要說明的。陣列100包括多個級，該多個級與多個液體供應管200連通，該多個液體供應管 200與液體進口管44(圖1)連通。各個級至少包括用於將液體傳送到空氣中的多個噴嘴。 在每一級中，噴嘴構造成分級排列，這指的是噴嘴沿液體分配管的位置。每個級還可包括至 少一個液體分配管(圖4A-4C)。每個液體分配管與多個噴嘴以及液體進口管連通。在其 他實施例中，每個級可以不具備液體分配管。相反地，可將液體單獨地供應給級中的各個噴 嘴。每個級構造成每單位時間噴射不同體積(量)的液體。液體分配管從液體供應管200延伸。液體供應管200可沿陣列100的頂部在水平 方向中延伸。然而，液體供應管200可豎直、水平或對角延伸。此外，液體供應管200可在 液體分配管的頂部，或可沿底部延伸。各個級可獨立操作。這樣，可從一個或一些級中噴射 液體而其它級不噴射，或者可從所有級中噴出，或者不從任何級中噴出液體。在圖3所示的實施例中，所述級以沿水平方向延伸的系列的形式基本豎直地布 置。換言之，將豎直延伸的級沿水平方向排列。在其他實施例中，噴嘴的級可以是水平的，且從而基本平行於地平面。每個液體分配管可連接到至少一個支承柱114上。支承柱114幾乎可以是為噴嘴 和液體分配管(在包括這些液體分配管的情況下)提供支承的任意結構。支承柱114可以 是直徑為四英寸的中空管。然而，支承柱114可以具有矩形、三角形、卵形等形狀的橫截面， 可以不是中空的等。在圖3中示出的實施例中，支承柱114基本上豎直地延伸，這是因為所 述級是豎直延伸的。在所述級沿對角、水平等方向延伸時，支承柱114可沿其它方向延伸。 例如，當所述級水平地延伸時，支承柱也可水平地延伸。可將豎直延伸的支承柱114以沿水 平方向的系列的形式而布置，並且可沿豎直方向延伸到消音器28的元件的頂部附近。優選 地，支承柱114沿水平方向彼此等距離地間隔開。如圖4A-4C所示以及下面更加詳細描述的，每個支承柱114上的級的具體的構造 包括構成陣列100的多個相同的、重複的單元102的子單元102a，102b。具體地，具有不同 級的兩個支承柱114a、114b分別可包括陣列100的一個單元102。如圖3所示，這兩個支承 柱114a、114b可聯接在一起。每個單元102可聯接到消音器28上。在其他實施例中，支承 柱114可以不聯接到消音器28上，而是可單獨立著。此外，級104-112b，或液體分配管可以 不聯接到支承柱114上，而是可單獨立著或聯接到其它結構上。圖4A-4C示出圖3中的陣列的一個單元102。單元102包括兩個子單元102a、102b。 支承柱114a、114b由第一橫杆116連接。每個子單元102a、102b包括三個級，並且每個單 元102總共包括五個級。如圖4A-5所示，兩個子單元102a、102b可彼此等距地間隔開。子單元102a包括第一級104。如圖4B所示，第一級104可包括兩個第一液體分配 管304a、304b。在圖4B所示的實施例中，這兩個第一液體分配管304a、304b沿豎直方向延 伸。這兩個第一液體分配管304a、304b附連到第一支承柱114a上。這兩個第一液體分配管 304a,304b在第一支承柱114a的後側的左及右手側彼此平行地向下延伸。可以理解的是， 第一液體分配管304a、304b可附連到其它位置上，或者可單獨立著。此外，在第一級中可僅 使用一個液體分配管。如圖4A所示，第一液體供應管204經由第二橫杆118連接到第一支 承柱114a上。兩個第一液體分配管304a、304b中的每一個都與第一液體供應管204連通， 該第一液體供應管204可沿水平方向延伸並且可基本垂直於第一液體分配管304a、304b。沿第一液體分配管304a、304b的長度方向的是多個第一噴嘴404。將這些第一噴 嘴布置成第一分級排列。如圖4B所示，噴嘴404經由第一延伸部504從液體分配管304a、 304b延伸。具體地，噴嘴404a對應於304a，噴嘴404b對應於304b。如圖4C所示，附連到 各個第一延伸部504上的是至少一個第一噴射頭604a、604b，其被構造成從那裡噴射液體 的細霧或霧氣。第一延伸部504可以相對於x-z平面傾斜大約45度角。第一噴射頭604a、 604b可從第一延伸部504向前延伸，並且基本上垂直於液體分配管304a、304b。如圖4B所示，第一級104可包括二十個噴嘴404，其中十個噴嘴404a沿液體分配 管304a延伸，十個噴嘴404b沿液體分配管304b延伸。噴嘴404可沿豎直方向間隔大約1 英寸至大約10英寸。在第一液體分配管304a、304b的任意一個上可包括更多或更少的噴 嘴404，並且可使用不同的間距。如圖4B所示，一些噴嘴404相對於y_方向基本對齊，有 些則不是。正如下面所述的，各個級中的噴嘴404的位置被優化，以便對通過陣列的空氣充 分加溼，而不使該空氣過飽和。噴嘴404還可構造成提供基本均勻的液體分配。此外，如圖 4B所示，第一噴嘴404沿虛豎直線彼此基本成一直線。換言之，如果豎直線沿Y-方向通過各個第一噴射頭604a、604b引出，則各個第一噴嘴404a、404b，從而各個第一噴射頭604a、 604b沿Y-方向對齊。如圖4A和4C所示，子單元102a和102b可分別包括第二級112a、112b。第二級 112a為子單元102a的一部分，並且聯接到第一支承柱114a上。第二級112b為子單元102b 的一部分，並且聯接到第二支承柱114b上。第二液體供應管212聯接到與第一橫杆116相 聯的第二橫杆118上。第二液體分配管312a聯接到第一支承柱114a的右手邊前側上，並 且與第二液體供應管212 連通。第二液體分配管312b聯接到第二支承柱114b的右手邊前 側上，並且與第二液體供應管212連通。可以理解的是，第二液體分配管312a、312b也可附 連到其它位置上，或者可以單獨立著。第二液體供應管212可基本水平延伸，並且基本垂直 於第二液體分配管312a、312b。沿各個第二液體分配管312a、312b的長度方向的是多個第二噴嘴412a、412b。這 些第二噴嘴布置成第二分級排列。如圖4C所示，第二噴嘴412a、412b包括從第二液體分配 管312a、312b延伸的第二延伸部512。附連到第二延伸部512上的是至少一個第二噴射頭 612a、612b，其被構造成從那裡噴射液體的細霧或霧氣。如圖4C所示，第二延伸部512可以 相對於x-z平面傾斜大約45度角。第二噴射頭612a、612b從第二延伸部512向前延伸，並 且基本上垂直於液體分配管。第二級112a可包括七個噴嘴412a，第二級112b可包括四個噴嘴412b。噴嘴412a 沿豎直方向間隔大約1英寸至大約60英寸。噴嘴412b沿豎直方向間隔大約1英寸至大約 60英寸。可包括更多或更少的噴嘴，並且可改變噴嘴的間距。如圖4A和圖4B所示，第二噴 嘴412a相對於第一噴嘴404a及第四噴嘴408錯開。第二噴嘴412b相對於第三噴嘴410 及第五噴嘴406a、406b錯開。各個級中的噴嘴的位置被優化，以便對通過陣列的空氣進行 加溼，而不使該空氣過飽和。此外，如圖4B所示，第二噴嘴412a沿虛豎直線彼此基本成一 直線。第二噴嘴412b沿虛豎直線彼此基本成一直線。換言之，如果豎直線沿Y-方向通過 各個第二噴射頭引出，則各組第二噴射頭612a和612b沿Y-方向對齊。噴嘴412a、412b還 構造成提供大致均勻的液體分配。如圖4A-4C所示，子單元102b包括噴嘴的第三級110。第三級110包括沿豎直方 向延伸的一個第三液體分配管310。第三液體分配管310附連到第二支承柱114b上，優選 在前側的左手側上。可以理解的是，第三液體分配管310可附連到其它位置上，或者可以單 獨立著。此外，可以使用多於一個液體分配管。同樣附連到第二支承柱114b上的是第三液 體供應管210。第三液體分配管310與一個第三液體供應管210連通，該第三液體供應管 210可沿水平方向延伸且可基本垂直於第三液體分配管310。沿第三液體分配管310的長度方向的是多個噴嘴410。這些第三噴嘴布置成第三 分級排列。如圖4C所示，噴嘴410包括從第三液體分配管310延伸的第三延伸部510。附 連到第三延伸部510上的是至少一個第三噴射頭610，其被構造成從那裡噴射液體的細霧 或霧氣。第三延伸部510可在x-z平面中傾斜大約45度角。第三噴射頭610從第三延伸 部510向前延伸，並且基本垂直於第三液體分配管310。如圖4C所示，第三延伸部510可基 本平行於第五延伸部506延伸，第三噴射頭610可基本平行於第五噴射頭606b。第三延伸 部510可在第五延伸部506的內部。第三級110可包括三個噴嘴410。然而，也可以包括更多或更少的噴嘴。如圖4A和4B所示，第三噴嘴410可相對於第五噴嘴406a、406b錯開。各個級中的噴嘴的位置被優 化，以便對通過陣列的空氣加溼，而不使該空氣過飽和。噴嘴410還構造成提供基本均勻的 液體分配。此外，如圖4B所示，第三噴嘴沿虛豎直線彼此基本成一直線。換言之，如果豎直 線沿Y-方向通過各個第三噴射頭引出，則各個第三噴嘴，從而各個第三噴射頭沿Y-方向對 齊。子單元102a還包括第四級108。第四級108包括沿豎直方向延伸的一個第四液體 分配管308。如圖4A所示，第四液體分配管308被附連到第一支承柱114a上，優選在前側 的左手側上。可以理解的是，第四液體分配管308也可附連到其它位置上，或者可以單獨立 著。此外，可以使用更多液體分配管。經由第一橫杆116和第二橫杆118同樣附連到第一 支承柱114a上的是第四液體供應管208。第四液體分配管308與一個第四液體供應管208 連通，該第四液體供應管208可沿水平方向延伸且優選基本垂直於第四液體分配管308。沿第四液體分配管308的長度方向的是多個第四噴嘴408。這些第四噴嘴布置成 第四分級排列。如圖4C所示，第四噴嘴408包括從第四液體分配管308延伸的第四延伸部 508。附連到第四延伸部508上的是至少一個第四噴射頭608，其被構造成從那裡噴射液體 的細霧或霧氣。第四延伸部508可相對於x-z平面向前傾斜大約45度角。第四噴射頭608 可從第四延伸部508向前延伸，並且基本垂直於液體分配管308。如圖4C所示，第四延伸部 508和第四噴射頭608可在第一延伸部504和第一噴嘴噴射頭604b的內部，並且從那裡等 距離隔開。第四級108可包括七個噴嘴408。然而，也可以包括更多或更少的噴嘴。如圖4A 和4B所示，優選地，第四級108的噴嘴408相對於噴嘴404和412a沿y-方向中錯開。各 個級中的噴嘴的位置被優化，以便對通過陣列的空氣進行加溼，而不使該空氣過飽和。噴嘴 408還構造成提供基本均勻的液體分配。此外，如圖4B所示，第四噴嘴沿虛豎直線彼此基本 成一直線。換言之，如果豎直線沿Y-方向通過各個第四噴射頭引出，則各個第四噴嘴，從而 各個第四噴射頭沿Y-方向對齊。子單元102b還包括第五級106。如圖4B所示，第五級106包括沿豎直方向延伸的 兩個第五液體分配管306a、306b。這兩個液體分配管306a、306b被附連於第二支承柱114b。 這兩個第五液體分配管306a、306b沿第二支承柱114b後側的左及右手側彼此平行延伸。 第五液體分配管306a、306b也可附連到其它位置上，或者可以單獨立著。此外，可以使用一 個液體分配管。經由第一橫杆116和第二橫杆118同樣附連到第二支承柱114b上的是第 五液體供應管206。這兩個第五液體分配管306a、306b中的每一個都與一個第五液體供應 管206連通，該第五液體供應管206可沿水平方向延伸且優選基本垂直於第五液體分配管 306a、306b。沿第五液體分配管306a、306b的長度方向的是多個噴嘴406a、406b。這些第五噴 嘴設置成第五分級排列。如圖4C所示，噴嘴406a、406b經由第五延伸部506從液體分配管 306a、306b延伸。附連到每個第五延伸部506上的是至少一個第五噴射頭606a、606b，其被 構造成從那裡噴射液體的細霧或霧氣。如圖4C所示，第五延伸部506可以相對於x-z平面 傾斜大約45度角。第五噴射頭606a、606b從第五延伸部506向前延伸，並且基本垂直於液 體分配管306a、306b。第五級106可包括三十個噴嘴，其中十五個噴嘴406a沿液體分配管306a延伸，十五個噴嘴406b沿液體分配管306b延伸。噴嘴406a可沿豎直方向間隔大約1英寸至大 約60英寸。噴嘴406b可沿豎直方向間隔大約1英寸至大約60英寸。在第五液體分配管 306a、306b的任意一個上可包括更多或更少的噴嘴，並且噴嘴406a、406b可間隔不同的間 距。如圖4B所示，所有噴嘴406都沿y-方向基本對齊。各個級中的噴嘴406的位置被優 化，以便對通過陣列的空氣進行加溼，而不使該空氣過飽和。噴嘴406a、406b還可構造成能 夠提供基本均勻的液體分配。此外，如圖4B所示，第五噴嘴沿虛豎直線彼此基本成一直線。 換言之，如果豎直線沿Y-方向通過各個第五噴射頭引出，則各個第五噴嘴，從而各個第五 噴射頭沿Y-方向對齊。具有五個噴嘴級104_112b的子單元102a和102b構成一個單元102。如圖3所 示，陣列100包括多個間隔開的單元。這些單元可沿任意方向，例如豎直、水平、對角線等方 向彼此等距離間隔。這些單元的間隔方向取決於子單元的取向。陣列100可包括十三個 單元，總共二十六個子單元。可以包括更多或更少個子單元和單元。此外，子單元102a和 102b以及第一支承柱114a和第二支承柱114b可彼此等距離間隔開。具體地，第一支承柱 114a可與第二支承柱114b間隔大約1英寸至大約40英寸。這些單元間隔大約1英寸至大 約40英寸。噴嘴級104-112b顯示為附連到第一支承柱114a和第二支承柱114b上，然而， 噴嘴級104-112b可以附連到其它結構上，或者單獨立著。圖5示出圖3所示的陣列100的一部分100，。具體地，示出十四個子單元102a、 102b和七個單元102。只標出了一個單元，但是可以理解的是，其餘單元也遵循相同的規 則。如上所述，噴嘴陣列可充滿管道內部的整個橫截面區域。在圖5所示的陣列的部分100』 中，橫截面區域表示為25。圖5中示出，各個子單元102可間隔開，以便形成或限定整個橫截 面區域25的至少一個子部分。當兩個子單元102a、102b形成單元102，如圖5中所示情況 下時，這些單元可間隔開以便形成或限定整個橫截面區域的另一個子部分。在圖5所示的 情況下，單元102豎直延伸並且沿水平方向間隔開，以便形成第一子單元A。子單元102a，、 102b豎直延伸並且沿水平方向間隔開，以便形成第二子單元B。可以理解的是，這些子單元 和單元幾乎可以在任意方向中延伸。例如，這些子單元和單元可水平地延伸並且沿豎直方 向間隔開，從而形成水平子部分。圖5中示出子單元102a，、102b彼此等距離間隔，單元102彼此等距離間隔。這 樣，每個子部分都具有相同的面積。換言之，所有B子部分具有相同的面積，所有A子部分 具有相同的面積。在其他實施例中，子單元和單元之間的間距可以不同，從而形成具有不同 面積的子部分。在圖3所示的實施例中，總共具有二十六個子單元102a、102b和十三個單 元102。因此具有二十六個豎直間隙或子部分A、B以供空氣40a(圖1)通過，其中這些間 隙中的十三個為第一間隙A，十三個為第二間隙B。在其他實施例中也可以由噴嘴陣列形成 更多或更少個間隙或子部分。圖5中顯示，至少四個噴嘴級被構造成將液體傳送給每個子部分A和B。具體地， 設置第一噴嘴404b、第四噴嘴408、第二噴嘴412b和第五噴嘴406a將液體傳送到子部分B。 設置第一噴嘴404a、第二噴嘴412a、第三噴嘴410和第五噴嘴406b將液體傳送到子部分A。 應當注意的是，在某些實施例中，噴射物可能不會被傳送到靠近管壁的子部分上，從而不會 浸透並損壞這些壁。如上所述如圖1所示，環境空氣40a進入管道的進口並通過管道的基本整個橫截面區域25。這樣，由於本發明的噴嘴陣列100，空氣通過子部分A和B。由於噴嘴組在靠近 橫截面區域的多個子部分上設置了多個級，因此其被構造成傳送使得流過各個子部分的空 氣加溼且可能飽和或基本飽和所需的液體量。具體地，第一噴嘴404b、第二噴嘴412b、第 四噴嘴408和第五噴嘴406a能夠傳送加溼流過子部分B的空氣所需的液體量。第一噴嘴 404a、第二噴嘴412a、第三噴嘴410和第五噴嘴406b能夠傳送加溼流過子部分A的空氣所 需的液體量。優選地，通過子部分A和B的空氣基本被均衡地加溼；換言之，空氣具有大致 相同的溼度值。在這方面，提供給各個子部分的液體量可與具體的子部分的橫截面面積分 數大致成比例。各個子部分具有與總體水氣比(即，流過整個橫截面區域的環境空氣總流 量的水氣比)基本相等的水氣比。此外，各個子組在任意給定的時刻接收等量的水。當空 氣通過各個子部分時，它被從噴嘴級的任意噴嘴噴射的較冷的液體加溼。被加溼的空氣具 有比它通過陣列前更低的溫度。溫度較低的空氣具有較高的密度，這允許其能夠更加有效 地供給發動機。如上所述，在任意給定的液體噴射量下，所述級能夠共同傳送使得流過子部分的 空氣被基本均勻地加溼所需的液體數量。這些級還可以構造成給各個子部分傳送等量的液 體，並且構造成在子部分上提供均勻分配的水。例如，在第一環境溫度和第一環境溼度值 上，可以只有第一噴嘴工作。這裡，只有第一噴嘴404b將液體傳送給子部分B，只有第一噴 嘴404a將液體傳送給子部分A。在第二預定溫度(其通常高於第一預定溫度)下，並且可 能地，在第二溼度值(其通常低於第一溼度值)下，至少其中一個第二噴嘴可以隨後啟動。 當溫度升高並且，具體地，當其達到某些預定值時，可以隨後啟動噴嘴的第三、第四和第五 級。至少根據流過噴嘴陣列的空氣的溫度和溼度以不同的組合來啟動及關閉不同噴嘴級的 噴嘴。優選地，特定噴嘴級中的各個噴嘴都同時噴射，並且各個噴嘴級可獨立控制。例如， 可啟動第一噴嘴級，使得只從第一級的各個噴嘴中噴射加壓水。可隨後啟動第二噴嘴級的 噴嘴。期望在系統運行時的幾乎所有的時間內第一級都啟動。在某些實施例中，陣列可以不具有所有五個級。例如，當陣列用於溫度或溼度值相 對恆定的區域中時，陣列可只具有第一級。或者，陣列可只包括限定子部分的第一級和第二 級。重要的是，所有橫截面被分成若干個更小的子部分，各個子部分接收大致等量的液體， 並且噴嘴被構造成以可能能夠使各個子部分中的空氣飽和的液體噴射量或流量範圍來基 本均勻地加溼流過各個子部分的空氣並且提供均勻分配的液體。流量範圍或工作範圍為待 被加溼的空氣的條件範圍。例如，可以是大約70° F和大約60%的相對溼度至大約120° F 和大約10%的相對溼度。當各個子部分都被加溼到大致相同的程度時，進口空氣的整個體積被均勻加溼。 通過將整個橫截面區域分成多個子單元，並且將液體傳送到各個子單元，本發明的噴嘴陣 列比常規噴嘴陣列更加均勻地加溼進口的空氣，常規噴嘴陣列設計為試圖一次性加溼管道 的整個橫截面區域。此外，噴嘴被布置成儘可能均勻地最佳地分配水。在最大流量時，即， 當五個級全都啟動時，大約每四英寸就可以有一個噴嘴，該噴嘴在空氣間隙A和B的任意一 側上錯排。這樣，陣列就能夠沿水平和豎直方向基本覆蓋所有的空氣間隙區域。結果，沒有 或只有非常少量的局部過飽和，並且極大地改善了空氣與水的混合。常規陣列也並不將整個橫截面區域分成多個子單元，並隨後將所需的液體傳送到 各個子單元。這樣就形成過飽和的局部區域。與之相反，本發明的設計提供了對噴射液體與靠近陣列的乾燥空氣的最佳混合，這在常規陣列中是見不到的。這種混合是最佳的，因為它 局部地提供基本為乾燥空氣與水的總體平均比率。換言之，不存在或存在基本較少的過飽 和局部區域和乾燥空氣的局部區域。在相同的非飽和的水流速下，空氣溫度能夠比使用常 規系統降低更大的程度。此外，與更下遊位置相比，這種混合發生在靠近陣列的位置處。這 就在噴射物到達或進入壓縮機之前給噴射物更多的時間蒸發。本發明的設計擴展了噴嘴， 其將在任何給定的時刻在管道的內部區域上比常規陣列更加均勻地噴射。因此，噴嘴被設 置成使水的蒸發最大化。此外，噴嘴布置(set-up)可將更大溼度或甚至飽和的區域設置成靠近溼度較小 或相對乾燥的區域。在一些實施例中，一些子部分或空氣間隙可大於其它子部分或空氣間 隙，並且可能接收較少的液體。較大的間隙可與更富含液體的較小的間隙相鄰。較小與較 大區域或溼氣較富集與較貧乏的區域的交替可使空氣與水的混合更均勻。換言之，本發明 的設計使得噴射尋找可能最乾燥空氣的難度最小。這是通過將總體橫截面區域進行分割的 系統實現的，因此，不能由常規陣列來實現。常規區域通常具有許多連續的飽和或過飽和區 域。由於飽和或過飽和空氣距離未飽和或乾燥空氣較遠，因此乾燥空氣和飽和或過飽和空 氣很少有機會混合，尤其是在最有利的靠近陣列的位置處。這就是為何常規系統易於在某 些區域中空氣過飽和，而其他區域中空氣乾燥的原因之一。除了設置成基本覆蓋空氣間隙的整個區域之外，本發明的設計還利用了空氣在管 道進口中的運動來使陣列下遊的混合效率最大化。因此，其更加有效地利用了消音器附近 產生的流動模式，該模式使空氣的流動大致均勻。在這方面，噴嘴級沿與消音器元件相同的 方向延伸。在所示的實施例中，這是沿豎直方向。如上所述，一個泵48 (圖1)可將液體輸送給第一液體供應管204、第二液體供應管 212、第三液體供應管210和第四液體供應管208。第二泵(未示出)可將液體只供給第五 液體供應管206。如上所述及如圖1所示，泵送的液體通過進口管或源頭管44。然後，液體 被分配到液體供應管200，並隨後分配到液體分配管300。可選擇性地開啟噴嘴以噴射霧化 的水滴。為了啟動共用同一個泵的噴嘴級，例如第一級到第四級，可使噴嘴的這些級預先 填充液體。這是為了在改變級後使系統穩定所需的時間最短。預填充操作可按照下述步驟 進行。控制系統確定需要改變的起作用的級，即，級可能需要被關閉或啟動。在一實施例中， 每個分級動作開啟一級且關閉另一級，第五級啟動時則並非如此。控制器開啟用於待被開 啟的級的預填充閥。在小於大約200psi下工作的低壓泵啟動並且填充要啟動的級。當預 填充達到某個壓力時，閥被開啟且泵被停止。開啟主級閥以用於新級。在開啟時，用於正停 止使用的級的級閥關閉。在一實施例中，在關閉前一級之前下一級總是開啟的，以確保泵不 會背壓過大。噴射系統工作的環境條件通常需要供給噴嘴的水量的變化較大；典型地，從最小 值到最大值為2. 4倍的範圍內。各個級具有1. 3-1. 4英寸乘以任意給定時刻產生的最小流 量的範圍。如上所述，本發明的陣列可由變速泵驅動。對於乾燥環境來說，該陣列可需要大 約4倍的流量範圍。(這是通過將1.3進行5次方(對於五級來說，1.35)計算得出的。) 這種調節(turndown)是由所覆蓋的環境條件的範圍驅動的。對於中等(temperate)系統 來說，2. 4倍的範圍已經足夠，因此這些系統只需要四級。如上 述，常規系統由於使用壓力固定的再循環泵而具有很多缺點。本發明的設計中所使用的VFD泵基本減少或消除了這些 問題。這些VFD泵與四級設計相匹配，這是因為泵提供了四級陣列所需的2. 4倍的流量範 圍。因此，本發明的設計由共用泵供給第一到第四級四個級。第五級可使用供給此單個級 的單獨的泵。與常規系統不同，該泵可以是VFD控制的，並且提供可變的流速。圖6示出常規陣列和本發明陣列的飽和分數與流量分數(FractionalFlow)之間 的關係的坐標圖。分流量為流速除以設計流速(其等於1)所得到的值。換言之，它是在給 定時刻陣列中的實際流動的全部分配管的分數。對於全流量，流量分數等於1。在2處，大 約一半的管在流動，在大約0. 25處，大約4個管在流動。圖6的數據是通過計算得出的。對於各個間隙來說，確定陣列中全部分配管的哪 些部分是實際流動的。對於本發明來說，研究了兩個空氣間隙，即間隙A和B(圖5)。確定 一個間隙對另一個間隙有多少噴嘴是流動的。這就確定了過飽和的理論比率。換言之，測 試比較了子部分A中的水量與子部分B中的水量。本發明中可能產生的輕微過飽和是個別 的，並且只有在級3或4啟動時才可能發生，這是因為級3隻在一個子單元上，而級4在另 一個子單元上。例如，在大約0. 3處，由於級4被啟動，因此可能有少量的過飽和。圖6還示出圍繞噴射器的空氣流中的過飽和值，將該值定義為，對於常規陣列來 說，為各側上相鄰管距離的一半，對於本發明的設計來說，為每個空氣間隙。這是任何噴射 後混合的起點。圖6中示出本發明陣列的不均勻分配值，即過飽和區域和過乾燥區域，通常 遠小於常規陣列。此外，「富含」水的間隙和乾燥的間隙是相鄰的。當稍微過飽和區域後跟 著稍微乾燥區域，隨後又跟著稍微過飽和區域等時，這種流動是分層的。常規系統中則不是 這樣的。例如，在大約0. 23處，對於常規系統來說大約3. 7個空氣間隙是過飽和的，而對於 本發明的結構來說只有大約1個是飽和的。圖6中還示出，與常規設計中的豎直分層相比， 側向可重複的不均勻分布與由該結構產生的旋渦處於相同平面而使得有更多的機會降低 不均勻分布。雖然已經結合其示例性實施例描述並說明了本發明，本領域技術人員可以理解的 是，可從上述內容進行各種其他變形、省略和增加，而不會脫離本發明的精神和範圍。
權利要求
一種功率增大系統，包括具有至少一個空氣進口的通道，所述通道構造成允許空氣通過所述通道；設置在所述空氣進口下遊的渦輪機；設置在所述空氣進口下遊以及所述渦輪機上遊的噴嘴陣列，所述噴嘴陣列包括多個級，並且所述噴嘴陣列限定空氣通過噴嘴陣列朝渦輪機運動時所通過的通道的橫截面的多個子部分；其中，每個級包括構造成通過噴射液體來加溼運動通過所述多個子部分的空氣的多個噴嘴，其中，每個級構造成噴射不同量的液體，以及其中，所述級構造成以任意的液體噴射量大致均勻地加溼流過所述多個子部分的空氣。
2.如權利要求1所述的功率增大系統，其特徵在於，所述級包括第一級和第二級，其 中，所述第一級中的所有噴嘴具有相同的第一分級排列，所述第二級中的所有噴嘴具有相 同的第二分級排列。
3.如權利要求2所述的功率增大系統，其特徵在於，所述第一級中的各個噴嘴構造成 同時將大致等量的液體噴射到所述子部分中。
4.如權利要求2所述的功率增大系統，包括多個第一噴嘴級，其中，所述第一噴嘴級彼 此等距離間隔開，從而形成所述子部分。
5.如權利要求2所述的功率增大系統，還包括多個第三噴嘴級，各個第三噴嘴級包括 第三分級排列中的多個第三噴射噴嘴，各個第三噴射噴嘴構造成當空氣運動通過所述子部 分時通過噴射液體來加溼空氣。
6.如權利要求5所述的功率增大系統，其特徵在於，一個第一噴嘴級和一個第二噴嘴 級設置成彼此相鄰，且共同限定噴嘴陣列的單元的第一子單元，其中，一個第三噴嘴級與第一子單元間隔開，所述第三噴嘴級限定所述單元的第二子 單元，其中，所述噴嘴陣列包括多個重複的單元，其中，所述第一子單元和所述第二子單元之間的間隙限定了所述通道的橫截面的第一 子部分，以及其中，所述單元被間隔開，以便限定所述通道的橫截面的第二子部分。
7.如權利要求6所述的功率增大系統，其特徵在於，所述各個第一噴嘴級、所述各個第 二噴嘴級和所述各個第三噴嘴級構造成它們能夠共同地以任意的液體噴射量來大致均勻 地加溼流過所述子部分的空氣。
8.如權利要求7所述的功率增大系統，還包括多個第四噴嘴級，各個第四噴嘴級包括 第四分級排列中的多個第四噴射噴嘴，各個第四噴射噴嘴構造成當空氣運動通過所述子部 分時通過噴射液體來加溼空氣。
9.如權利要求8所述的功率增大系統，其特徵在於，所述各個第四噴嘴級設置成靠近 一個第一噴嘴級和一個第二噴嘴級，以便進一步限定所述單元的所述第一子單元。
10.如權利要求9所述的功率增大系統，還包括多個第五噴嘴級，各個第五噴嘴級包括 第五分級排列中的多個第五噴射噴嘴，各個第五噴射噴嘴構造成當空氣運動通過所述子部分時通過從其中噴射液體來加溼空氣，其中，各個第五噴嘴級設置成靠近一個第三噴嘴級， 以便進一步限定所述第二子單元。
11.如權利要求10所述的功率增大系統，其特徵在於，各個單元上的級能夠一起以任 意的液體噴射量傳送大致均勻地加溼流過所述第一子部分和第二子部分的空氣所需的液體量。
12.一種加溼空氣以便提高發動機的輸出量的方法，所述方法包括提供具有至少一個空氣進口和空氣通過其流動的總體橫截面區域的空氣通道； 提供多個噴嘴級，各個級包括構造成將液體噴射到空氣中的多個噴嘴，各個級具有水 流工作範圍；將所述通道的橫截面區域分成多個子部分，各個子部分的面積小於總體橫截面面積； 在空氣進口與各噴嘴級的下遊設置發動機； 確定在第一時刻的空氣的溫度和溼度； 確定提高發動機輸出所需的溼度的量；以及經由噴嘴給多個子部分提供第一液體量，其中，所述第一液體量為在整個水流工作範 圍內、以提高發動機輸出所需的所述量大致均勻地加溼流過所述子部分的空氣所需的液體量。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，提供給所述子部分的所述第一液體量基 本與特定子部分的橫截面面積分數成比例。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述噴嘴級設置成它們能夠將所述通道 的橫截面區域分成所述多個子部分。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述溫度和溼度為環境溫度和溼度。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述多個子部分具有基本相同的面積。
17.如權利要求15所述的方法，還包括 監控和確定環境溫度；且如果環境溫度增加到超過在所述第一時刻測量的溫度值，則經由噴嘴給各個子部分提 供較多量的液體，如果環境溫度降低到低於在所述第一時刻測量的溫度值，則經由噴嘴給各個子部分提 供較少量的液體。
18.如權利要求15所述的方法，還包括 監控和確定環境溼度；且如果環境溼度增加到超過在所述第一時刻測量的溼度值，則經由噴嘴給各個子部分提 供較少量的液體，如果環境溼度降低到低於在所述第一時刻測量的溼度值，則經由噴嘴給各個子部分提 供較多量的液體。
19.一種加溼空氣的方法，所述方法包括提供具有至少一個空氣進口和空氣通過其流動的總體橫截面區域的空氣通道； 將所述通道的橫截面區域分成多個子部分，各個子部分的面積小於總體橫截面的面積；靠近各個子部分提供多個噴嘴，所述噴嘴構造成將液體噴射到空氣中；在整個水流工作範圍內向各個子部分提供大致均勻地加溼流過所述子部分的空氣所 需的液體量。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，提供給所述子部分的所述液體量與所述 子部分的橫截面區域分數基本成比例。
21.如權利要求19所述的方法，還包括將渦輪機設置在所述空氣進口的下遊。
22.如權利要求19所述的方法，還包括在加溼步驟前確定所述空氣的溫度和溼度。
23.如權利要求19所述的方法，還包括在確定空氣的溫度和溼度的步驟後，確定大致 均勻地加溼所述子部分中的空氣所需的水量。
24.如權利要求19所述的方法，還包括在所述提供多個噴嘴的步驟中，提供至少三個 不同的噴嘴級，其中，各個噴嘴級具有不同的噴嘴構造。
25.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，在所述加溼步驟中噴入的液體量取決於 所述空氣的溫度和溼度。
26.如權利要求25所述的方法，還包括在所述確定加溼空氣所需的水量的步驟後，提 供大致均勻地加溼所述子部分中的空氣所需的水量。
全文摘要
本發明為一種諸如噴嘴陣列的噴射系統，其用於在空氣進入發動機前更有效和充分地將噴射液體傳送到空氣中，一種用於包括該噴射系統的發動機的功率增大系統，和一種用於更加有效地加溼空氣的方法。所述系統包括多個可獨立操作的噴嘴級，所述噴嘴級將流動路徑分成多個子部分。一組噴嘴級構成所述系統的一個單元，該系統由多個重複單元構成。這些單元被間隔開以允許空氣流過。噴嘴陣列構造成大致均勻地加溼通過各個子部分的空氣。噴嘴陣列的這種設計實現了空氣與靠近空氣噴射點的水及通過整個水噴射區域的水的更加均勻的混合。這樣，就使得未過度飽和的空氣中的液滴蒸發可用的時間最大化。
文檔編號F02C7/16GK101936219SQ201010214219
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月25日 優先權日2009年6月26日
發明者羅伯特·布朗德 申請人:燃氣渦輪機效率瑞典公司